Автор: Lauren Nagel
Сьогодні дрони всюди: доставляють посилки, оглядають будівлі, знімають кіно та виконують багато інших завдань.
Оскільки ми бачимо їх дедалі частіше, корисно розрізняти різні типи.
Цей посібник допоможе визначати типи дронів і БПЛА.
У статті розглянемо:
- Визначення: UAV, дрон, UAS і RPAS
- Дрони з нерухомим крилом, гвинтокрилі та комбіновані апарати
- Джерела енергії: електрика, сонце, паливо, гібридні системи, водень і лазерне заряджання
- Типи дронів: гелікоптери, квадрокоптери, eVTOL та інші
Рисунок 1. Квадрокоптер DJI Mavic 3 Pro у польоті (джерело)
1. Визначення дронів (UAV, дрон, UAS і RPAS)
Термін «дрон» словник Merriam-Webster визначає як безпілотний літальний апарат або судно, кероване дистанційно чи бортовими комп’ютерами.
Його часто використовують як синонім безпілотного літального апарата (UAV), що має подібне значення.
«Безпілотний» означає відсутність пілота на борту, а не пасажирів: пасажирські дрони вже демонструють практичність. Для eVTOL класифікація складніша; це розглянемо в наступному розділі.
Дрон і UAV зазвичай означають лише сам апарат. Натомість UAS і RPAS охоплюють усі компоненти, необхідні для польоту.
Система UAS— безпілотна авіаційна система — охоплює літальний апарат та пов’язані елементи, які працюють без пілота на борту.
Термін RPAS має докладніше визначення: дистанційно пілотований апарат, його станції пілота, необхідні канали командування й керування та інші компоненти типової конструкції.
Основна практична відмінність, за ICAO, полягає в тому, що UAS потребують спеціальних умов використання повітряного простору й відокремлення від інших апаратів, а RPAS можуть інтегруватися поряд із пілотованими.
Технічна різниця: RPAS керується лише зі станції дистанційного пілота (RPS), а UAS — із RPS або наземної станції керування (GCS).
2. Нерухоме крило, гвинтокрилі та комбіновані дрони
Як і пілотовані апарати, дрони класифікують за будовою поверхонь, що створюють підйомну силу.
Дрони з нерухомим крилом
Рисунок 2. БПЛА AeroVironment JUMP 20 із нерухомим крилом (джерело)
Як випливає з назви, дрони з нерухомим крилом мають крила, нерухомо з’єднані з корпусом. Рулі й елерони рухаються, але самі крила залишаються нерухомими. Приклад на рисунку 2 — JUMP 20 від AeroVironment, що поєднує вертикальний зліт і посадку (VTOL) з ефективністю нерухомого крила. У горизонтальному польоті підйомну силу створює крило, а окремі вертикальні ротори забезпечують зависання та зліт без смуги.
Переваги — тривалий політ, велика площа покриття та енергоефективність завдяки аеродинамічній формі. Це підходить для багатогодинного або багатоденного спостереження й моніторингу клімату.
Читайте також: Порівняння силових установок БПЛА
Основні недоліки — складніше навчання операторів, потреба в просторі для зльоту й посадки та неможливість зависання в звичайній конфігурації.
Гвинтокрилі дрони
У гвинтокрилих дронівлопаті обертаються навколо осі та спрямовують повітря вниз, створюючи вертикальну підйомну силу. До цієї групи належать гелікоптери й мультикоптери з вертикальним зльотом та посадкою. Кількість роторів може становити від одного до понад 16.
Переваги — простіше початкове керування та зависання, що дає багато застосувань. Базові моделі відносно недорогі, тому підходять початківцям.
Основний недолік — короткий час польоту: створення вертикальної до горизонтальної тяги потребує багато енергії та обмежує дальність і тривалість.
Комбіновані апарати з механізованою підйомною силою
Рисунок 3. Конвертоплан Skywalker X8 (фото: taobao.com)Комбіновані дрони поєднують елементи нерухомого крила та гвинтокрилих апаратів.
Ротори забезпечують вертикальний зліт і посадку, а в повітрі апарат переходить до горизонтального польоту на крилі. Це поєднує малі вимоги до місця з аеродинамічною ефективністю літака.
Основні типи: поворотні ротори, поворотні крила та два взаємно перпендикулярні набори роторів.
У дронів із поворотними роторамиротори повертаються для переходу від вертикальної до горизонтальної тяги. Наприклад, Skywalker X 8 VTOL має три ротори, які переводять його між гвинтокрилим і літаковим режимами.
Дещо іншу конструкцію мають апарати з поворотним крилом : ротори закріплено на крилах, тому під час переходу до горизонтального польоту повертається все крило.
Такі апарати також називають конвертопланами, оскільки вони змінюють конфігурацію.
Третій тип використовує взаємно перпендикулярні набори роторів для підйому та горизонтального польоту без їх повороту. Один набір працює лише під час зльоту й посадки, інший — коли потрібна горизонтальна тяга.
Попри переваги обох схем такі апарати складно проєктувати, особливо забезпечувати стійкість під час переходу. Успішне рішення дає дуже універсальний апарат.
3. Джерела енергії: електрика, сонце, паливо, гібрид, водень і лазерне заряджання
Більшість гвинтокрилих дронів використовують електроенергію літій-полімерних акумуляторів (LiPo), але досліджуються й інші джерела.
Електричні дрони з акумуляторами
LiPo легкі й перезаряджувані, тому зручні для конструкції. Це найпоширеніше джерело живлення, докладно описане в нашому посібнику з акумуляторів LiPo.
Сонячні елементи на верхній поверхні дрона також виробляють електрику. Поки світить сонце, це потенційно усуває обмеження часу польоту.
Проте сонячні елементи потребують великої площі, тому їх майже завжди використовують на апаратах із нерухомим крилом.
Повністю сонячний квадрокоптер побудувала інженерна команда Університету Сінгапуру. Він переносив майже лише сонячні елементи та ротори, але став вражаючою демонстрацією.
Дрони з двигунами внутрішнього згоряння
Паливні дрони відіграють важливу роль у далеких місіях.
Хоча електродвигуни ефективніші за двигуни внутрішнього згоряння, питома енергія бензину приблизно у 50 разів вища за LiPo, що зберігає енергетичну перевагу палива.
Можливі різні варіанти пального: неетильований бензин, суміш із двотактною оливою, нітропаливо та дизель.
Більшість таких дронів мають нерухоме крило, яке легше вміщує великий двигун. Аеродинамічна підйомна сила дає багатогодинний або багатоденний політ із відносно малою витратою пального.
Під час рекордного польоту дизельний VA001 компанії Vanilla Unmanned перебував у повітрі п’ять діб, а після посадки залишалося пального ще на три.
У гвинтокрилих дронах такі двигуни менш поширені через більшу масу двигуна й паливної системи.
Рисунок 5. Дизельний дрон VA001 (фото: vanillaunmanned.com)
Також вони шумні й потребують запуску системою запалювання. Проте розробляються такі моделі, як квадрокоптер Goliath, де один паливний двигун приводить чотири пропелери.
Гібридні дрони
Гібридні дрони використовують два джерела енергії, наприклад паливо й акумулятор або акумулятор і сонце.
Такі системи встановлюють рекорди як серед гвинтокрилих, так і серед літакових апаратів.
Pipistrel Nuuva V300 поєднує акумуляторний вертикальний підйом із економним двигуном внутрішнього згоряння для крейсерського польоту. Заявлена дальність понад 2500 км із вантажем до 300 кг значно знижує експлуатаційні витрати порівняно зі звичайними гелікоптерами.
Рисунок 6. Успішний перший політ Nuuva V300 у січні 2025 року
Ще одна перспективна концепція — PHASA-35, висотний дрон великої тривалості польоту (HALE) із заявленим перебуванням у стратосфері до року. Удень він живиться від сонця, вночі — від акумуляторів. Розмах крила 35 м забезпечує підйомну силу. Розробники планують функції псевдосупутника: телекомунікації, метеоспостереження та розвідку.
Водневі дрони та лазерне заряджання
Ще два джерела енергії — водневі паливні елементи та заряджання акумуляторів лазером у польоті.
Водень — чисте джерело з високою питомою енергією й значним потенціалом для дронів, авіації та транспорту.
Heven розробила кілька водневих дронів, а Raider — її найновіший БПЛА. Представлений 11 лютого 2025 року на IDEX в Абу-Дабі, він має паливні елементи для безперервного польоту до 8 годин. Модульна конструкція підходить для вантажів, спостереження та аварійного реагування.
Рисунок 7. Водневий дрон Heven Raider (джерело)
Лазерне заряджання дронів досліджують із 2012 року. Команда Північно-Західного політехнічного університету в Сяньяні, Китай, продемонструвала дрон із лазерним заряджанням , здатний залишатися в повітрі необмежено. Інтелектуальний алгоритм візуального відстеження утримує промінь на дроні для безперервного живлення.
4. Типи дронів
Розглянувши класифікацію, перейдемо до конкретних типів.
Квадрокоптери, гексакоптери й октокоптери
Мультикоптери — найвпізнаваніші БПЛА: компактний корпус, кілька променів і високошвидкісні пропелери.
Назва залежить від кількості роторів: квадро — 4, гекса — 6, окто — 8. Апарат із 16 роторами називається гексадекакоптером.
Рисунок 8. Inspired Flight IF800 Tomcat — квадрокоптер середньої вантажопідйомності
В одинарній конфігурації в одному вертикальному перерізі є один ротор, у співвісній — два з повним або частковим перекриттям.
За VLOS пілот постійно бачить дрон і керує ним за спостереженням. За FPV бортова камера передає зображення на окуляри або монітор, забезпечуючи погляд від першої особи.
Читайте також: Розрахунки та припущення для проєктування дрона
Безпілотні гелікоптери
Колись нішевий сегмент, безпілотні гелікоптери набувають популярності. Прогнозована вартість ринку — 11 млрд доларів США до 2027 року.
Як пілотовані гелікоптери, вони мають одинарний або співвісний несучий ротор і хвостовий ротор для компенсації моменту. Злітають і сідають майже будь-де.
Багато безпілотних гелікоптерів використовують паливо; дуже малі — акумулятори. Виняток — AeroVironment VAPOR 55, повністю електричний апарат із вантажем до 10 фунтів.
Важлива суспільна перевага — заміна людей у небезпечних місіях.
Пошук і порятунок, ліквідація наслідків стихійних лих та підтримка гасіння пожеж потребують польотів у складній місцевості й поганих умовах.
Безпілотні гелікоптери можуть доставляти вантажі у важкодоступні райони, літати в диму чи вітрі та евакуйовувати людей без ризику для екіпажу. Саме для цього Laflamme Aero створила гелікоптер LX300 , здатний працювати в сувору погоду з вантажем до 90 кг — достатнім для середнього дорослого.
Апарати eVTOL
Категорія eVTOL охоплює всі електричні апарати вертикального зльоту й посадки. Тут зосередимося на міській авіамобільності (UAM).
Цей транспорт може скоротити викиди та час поїздок, працюючи як повітряне таксі.
Компанії змагаються за створення безпечного й ефективного пасажирського eVTOL для міст. Серед них Archer, Joby Aviation, Lilium та Vertical Aerospace.
Archer Midnight розрахований на пілота й чотирьох пасажирів та політ до 100 миль.
За успішного розвитку великі міста можуть запустити eVTOL-таксі до кінця десятиліття.
Рисунок 10. Archer Midnight eVTOL (фото: сайт Archer)
eVTOL бувають повністю електричними та гібридними, зазвичай з акумуляторами й паливним двигуном. Гібриди важливі, поки акумуляторні технології розвиваються для довших польотів.
Наприклад, Bell Nexus 4EX спроєктовано для акумуляторного або гібридного паливно-електричного живлення, що забезпечує гнучкість і довший політ між заряджаннями.
Проте мета сталого транспорту спонукає багато компаній зосереджуватися на повністю електричних рішеннях.
eVTOL також можуть підтримувати різні режими пілотування: пілотом на борту, дистанційно або за програмою. Це дає гнучкість і резервування під час поступового впровадження міського повітряного транспорту.
Висотні апарати великої тривалості польоту (HALE)
HALE призначені для тривалих висотних місій.
Зазвичай ідеться про висоту понад 60 000 футів і політ протягом днів, місяців або років.
Багато HALE виконують військове спостереження й розвідку. Інші працюють псевдосупутниками для метеомоніторингу та телекомунікацій.
Рисунок 11. RQ-4 Global Hawk (фото із сайту Повітряних сил США)
Один із найвідоміших HALE — Northrop Grumman RQ-4 Global Hawkіз турбовентиляторним двигуном Rolls-Royce AE 3007, який широко використовують Повітряні сили США.
Він літає на висоті до 60 000 футів понад 32 години та переважно виконує військові завдання.
Автономні дрони
Автоматизація та ШІ дають дронам змогу використовувати датчики для навігації й рішень без постійного ручного керування.
Skydio — американська компанія з автономних технологій. Її дрони використовують бортові комп’ютери й навчені моделі ШІ для розуміння довкілля. Оператор задає пункт призначення, а дрон планує маршрут, тримає висоту над землею та уникає перешкод. Він може працювати й у тісних небезпечних приміщеннях для огляду, спостереження та порятунку.
Рисунок 12. Skydio Dock для автономного дрона X10 (фото: сайт Skydio)
Висновок
Сподіваємося, стаття пояснила різноманіття дронів. Галузь ще має долати виклики сертифікації, обмежень конструкції та довіри споживачів.
Подальші розробки поліпшуватимуть ці апарати та їхню користь для суспільства.
Читайте також: Майбутнє випробувань дронів в аеродинамічній трубі